UBIFS

说是原创， 其实也是对网络上的一些资料的整理，再加上自己的验证。

一、 UBIFS 简介
由IBM、nokia工程师Thomas Gleixner，Artem Bityutskiy等人于2006年发起，致力于开发性能卓越、扩展性高的FLASH专用文件系统，以解决当前嵌入式环境下以FLASH作为MTD设备使用时的技术瓶颈，

开发背景：
FLASH特性：
FLASH是一类电可擦出可编程存储体，在使用方式上与硬磁盘最大不同是：

FLASH文件系统所必须的关键技术：
1. 由于FLASH的“先擦除后写”的特性决定，必须（或者说所被公认为）采用异地更新策略（out-of-place update)。相关问题讨论可参考：
http://www.linux-mtd.infradead.org 文档 A Brief Introduction to the Design of UBIFS。

2. 采用异地更新策略就必须（或者说所被公认为）采用日志文件系统来管理。

3. 采用日志文件系统就必须（或者说所被公认为）实现垃圾回收（garbage collection)

4. 由于FLASH的物理擦除块（Physical Erase Block）只有有限次有效擦除，所以必须（或者说所被公认为）采用“负载平衡”（我比较喜欢翻译为“损益均衡”——一个经济学术语）(Wear-Leveling)技术，即保证上的（几乎）所有 PEB的擦除次数趋向于均衡化，从而避免小部分PEB大大先于其他PEB而”坏“掉。

当前嵌入式FLASH解决方案多采用：
1.  无文件系统直接使用FLASH：缺点很明显
2. 采用传统文件系统，如ext2,ext3, FAT16/32, dos，Cramfs 等：这些文件系统本来是为传统的磁盘体开发的，他们无法高效的管理以FLASH作为介质的文件系统，特别是在FLASH的使用寿命上。于是出现了第3中方案。
3. 采用FTL／NFTL（flash 转换层／nand flash转换层）＋ 传统文件系统：FTL的使用就是针对FLASH的特有属性，通过硬件的方式来实现日志管理、损益均衡等技术。但实践证明，由于各方面因素导致本方案有一定的局限性。
4. FLASH专用文件系统，如JFFS1／2，YAFFS等，他们从一定程度上缓解了flash使用上的技术瓶颈。但也仍然存在诸多问题：如内存消耗大，对 FLASH容量、文件系统大小、内容、访问模式等的线性依赖，损益均衡能力差活过渡损益。随作FLASH容量逐渐暴涨（我见到的资料已经有 64GFLASH已经实用化），JFFS，YAFFS几乎无法管理如此大的FLASH——虽然JFFS目前还在改进中，但前途不看好，一个很好的例子 JFFS的主要开发者大多倒向了UBIFS。：）
 
UBI：一种类似于LVM的逻辑卷管理层。主要实现损益均衡，逻辑擦除块、卷管理，坏块管理等。
UBIFS：基于UBI的FLASH日志文件系统。

有关ubifs的详细介绍，请参考：
http://www.linux-mtd.infradead.org/doc/ubi.html
http://www.linux-mtd.infradead.org/doc/ubifs.html

二、使用UBIFS前的准备
1. 获取 ubifs:
   2.6.22以后，ubifs活跃于git管理工程中
  git://git.infradead.org/ubi-2.6.git
   2.6.27以后，ubifs被整合进内核树中，用户只需下载最新内核即可获取ubifs支持。

2. 配置linux内核 （2.6.28 以上 kernel 已经包含 ubifs, 早期的kernel 还得去官网上找找，我的就是 2.6.28)
    配置的时候选上
   1)Device Drivers  --->Memory Technology Device (MTD) support  --->UBI - Unsorted block images  --->Enable UBI
   2)File systems  --->Miscellaneous filesystems  --->UBIFS file system support
    这样我们的内核就支持UBIFS文件系统了

3. UBIFS工具
   mtd-utils工具中提供了对UBIFS的支持，所以我们需要下载和编译这些工具，下载以下几个文件
    1)下载mtd-utils
    wget http://debian.mirror.inra.fr/debian/pool/main/m/mtd-utils/mtd-utils_20080508.orig.tar.gz
    tar xzvf mtd-utils_20080508.orig.tar.gz
    cd mtd-utils-20080508

    2）编译mtd-utils (主要是修改工具链)
     修改Makefile文件：
     #CROSS=arm-linux-
       修改为  CROSS=arm-marvell-linux-gnueabi-
     BUILDDIR := $(CROSS:-=)
       修改为  BUILDDIR := .

       修改ubi-utils/Makefile文件：
       添加    CROSS=arm-marvell-linux-gnueabi-
 
       修改    ubi-utils/new-utils/Makefile文件：
       添加    CROSS=arm-marvell-linux-gnueabi-

     make WITHOUT_XATTR=1

    3） ubi-utils子目录下生成我们需要的ubiattach、ubimkvol等文件(请确保是交叉编译所得) 
    mkfs.ubifs子目录下生成我们需要的mkfs.ubifs工具，通过这个工具我们能打包一个文件夹，生成UBIFS系统镜像，
     我是使用 nfs 启动， 直接解压文件到 flash 上，所以并没有使用 mkfs.ubifs工具.
     另外网络上很多文正提到 zlib、lzo 这两个库，但是我并没有使用到。


三. 如何使用UBIFS

1. 使用nfs启动系统, 首先建立设备节点：
    mknod   /dev/ubi_ctrl c 10 58
    mknod /dev/ubi0 c 250 0

2、 执行以下命令挂载ubifs：
   1)flash_eraseall /dev/mtd4                 #擦出分区
   2)ubiattach /dev/ubi_ctrl -m 4             #建立关联
   3)ubimkvol /dev/ubi0 -N rootfs -s 450MiB   #创建容量, -s 是设置大小
   4)mount -t ubifs ubi0_0 /mnt               # 也可以：mount -t ubifs ubi0:rootfs /mnt


三. uboot 如何支持 UBIFS 为根文件系统启动：
setenv bootargs console=ttyS0,115200 ubi.mtd=4 root=ubi0_0 rootfstype=ubifs ip=192.168.1.101:192.168.1.100::255.255.255.0::usb0:on


下面附上一个我自己通过 nfs 启动以后， 烧写 kernel 和文件系统的脚本。


#!/bin/sh

TestResult()
{
if [ $? -ne 0 ]; then
        echo "$1 faild please check the file"
        exit 1
else
        echo "$1 OK !!!"
        echo " "
fi
}


#Erase the flash partition
echo "--------------Erase the flash partitin----------------"
/mtd-utils/usr/sbin/flash_eraseall /dev/mtd3
/mtd-utils/usr/sbin/flash_eraseall /dev/mtd4

echo "--------------Install kernel and software to flash----------------"
/bin/dd if=/zImage of=/dev/mtdblock3


mkdir -p /mountpoint
mknod   /dev/ubi_ctrl c 10 58
mknod /dev/ubi0 c 250 0

/mtd-utils/ubi/ubiattach /dev/ubi_ctrl -m 4
TestResult "/mtd-utils/ubi/ubiattach /dev/ubi_ctrl -m 4"

/mtd-utils/ubi/ubimkvol /dev/ubi0 -N rootfs -s 450MiB
TestResult "/mtd-utils/ubi/ubimkvol /dev/ubi0 -N rootfs -s 450MiB"

/bin/mount -t ubifs ubi0_0 /mountpoint
TestResult "/bin/mount -t ubifs ubi0_0 /mountpoint"

echo "tar xvf /fs.tar -C /mountpoint please wait"
tar xf /FSSoftware.tar -C /mountpoint
sync
/bin/umount /mountpoint

echo "----------------------------------------------------------------"
echo "         Please set uboot environment:   "
echo "setenv bootargs console=ttyS0,115200 ubi.mtd=4 root=ubi0_0 rootfstype=ubifs ip=192.168.1.101:192.168.1.100::255.255.255.0::usb0:on"
echo "----------------------------------------------------------------"
exit 0

 

另外 ubifs 是一个异步的文件系统， 所以为了掉电的时候数据能保存完整， 最好使用

 

-o sync 挂载文件系统。